Patrones y naturaleza de la intensidad eléctrica, temperatura y luminosidad

Un patrón de medición es una representación física de una unidad de medición. Una unidad se realiza con referencia a un patrón físico arbitrario o a un fenómeno natural que incluye constantes físicas y atómicas. Por ejemplo, la unidad fundamental de masa en el Sistema Internacional (SI) es el kilogramo.

Además de unidades fundamentales y derivadas de medición, hay diferentes tipos de patrones de medición, clasificados por su función y aplicación en las siguientes categorías:
A) patrones internacionales
B) patrones primarios
C) patrones secundarios
D) patrones de trabajo

Los patrones internacionales
Se definen por acuerdos internacionales. Representan ciertas unidades de medida con la mayor exactitud que permite la tecnología de producción y medición. Los patrones internacionales se evalúan y verifican periódicamente con mediciones absolutas en términos de unidades fundamentales.

Subtopic

Los patrones primarios (básicos)
Se encuentran en los laboratorios de patrones nacionales en diferentes partes del mundo. Los patrones primarios representan unidades fundamentales y algunas de las unidades mecánicas y eléctricas derivadas, se calibran independientemente por medio de mediciones absolutas en cada uno de los laboratorios nacionales.

Los patrones secundarios
Son los patrones básicos de referencia que se usan en los laboratorios industriales de medición. Estos patrones se conservan en la industria particular interesada y se verifican localmente con otros patrones de referencia en el área. La responsabilidad del mantenimiento y calibración de los patrones secundarios depende del laboratorio industrial.

Los patrones de trabajo
Son las herramientas principales en un laboratorio de mediciones. Se utilizan para verificar y calibrar la exactitud y comportamiento de las mediciones efectuadas en las aplicaciones industriales.

La unidad de masa métrica se definió como la masa de un decímetro cúbico de agua a una temperatura de máxima densidad. La representación material de esta unidad es el Kilogramo.
La libra (lb), establecida por la Weights and Measures Act, de 1963, se define como .45359237 kg exactamente.
La unidad métrica de longitud, el metro, se definió como la 1/104 parte del cuadrante meridiano que para a través de París.
La yarda se define como .9144 metros y una pulgada es 25.4 mm, ya que los patrones de unidades inglesas para medición se basan en patrones métricos.
La unidad de volumen es una cantidad derivada y no se representa por medio de un patrón internacional.

El Sistema Internacional de Unidades (SI) define el ampere (unidad fundamental de corriente eléctrica) como la corriente constante que, al mantenerse a través de dos conductores paralelos de longitud infinita y sección circular despreciable alejados éstos 1 metro en el vacío, produce entre estos dos conductores una fuerza igual a 2 * 10-7 newtons por metro de longitud.

El valor absoluto del ohm en el sistema SI se define en términos de las unidades fundamentales de longitud, masa y tiempo.

La resistencia patrón es una bobina de alambre de alguna aleación, como la manganina, la cual tiene una elevada resistividad eléctrica y un bajo coeficiente de temperatura-resistencia.

La bobina resistiva se coloca en un depósito de doble pared para prevenir cambios de resistencia debido a las condiciones de la atmósfera.


Cuando el alambre seleccionado para la resistencia proporciona un valor casi constante en una amplia escala de temperatura, el valor exacto de la resistencia a cualquier temperatura se puede calcular a partir de la expresión


donde Rt = resistencia a la temperatura ambiente, t.
R25C = resistencia a 25 grados C-
= coeficientes de temperatura.

El desarrollo y refinamiento de los resonadores atómicos ha hecho posible el control de la frecuencia de un oscilador y, por lo tanto, mediante la conversión de frecuencia, la elaboración de relojes atómicos.

La transición entre dos niveles de energía, E1 y E2 de un átomo está relacionada con la emisión o absorción de radiación teniendo una frecuencia dada por , donde h es la constante de Planck.

Puesto que los estados de energía no son afectados por condiciones externas, como los campos magnéticos, la frecuencia es una constante física, que depende únicamente de la estructura interna del átomo. Ya que la frecuencia es el inverso del tiempo, un átomo proporciona un intervalo de tiempo constante.

La definición atómica del segundo alcanza una exactitud mayor a la obtenida por medio de observaciones astronómicas, lo que ha dado una base de tiempo mucho más uniforme y conveniente.

El patrón de inductancia primaria se deriva del ohm y del farad en lugar de los inductores construidos geométricamente para la determinación del valor absoluto del ohm.

Un conjunto típico de patrones de inductancia fijos incluye valores de aproximadamente 100 a 10H, con una exactitud garantizada de 1% a la frecuencia de operación especificada. La exactitud de inductancia mutua típica es del 2.5% y el rango de valores de inductancia va de 0 a 200 mH.

Existe una capacitancia distribuida entre los devanados de estos inductores, y el error que introduce debe tomarse en cuenta.

La temperatura termodinámica es una de las cantidades básicas del SI y su unidad es el Kelvin. La escala termodinámica Kelvin se conoce como la escala fundamental a la cual todas las temperaturas deben referirse. Las temperaturas en esta escala se designan como K y se denotan por el símbolo T. La magnitud del Kelvin se define como la temperatura termodinámica del punto triple del agua que ocurre exactamente a 273.16 K. El punto triple del agua es la temperatura de equilibrio entre el hielo, el agua líquida y el vapor de agua.
La escala Celsius tiene dos puntos fijos fundamentales; el punto de ebullición del agua a 100 grados C y el punto triple del agua a 0.01 grados C, ambos se establecen a la presión atmosférica. La conversión entre la escala Kelvin y la escala Celsius sigue la relación:

donde T0 = 273.15 grados.
El termómetro patrón primario es un termómetro resistente de platino con una construcción especial donde el alambre de platino no está sujeto a esfuerzos.
El patrón primario de intensidad luminosa es un radiador total a la temperatura de solidificación de platino (2042 K aproximadamente). La candela se define como un sesentavo de la intensidad luminosa por cm2 del radiador total.